Lampy żarowe, powszechnie znane żarówki, są najstarszymi elektrycznymi źródłami światła. Mimo pojawienia się wielu innych rodzajów lamp, są one nadal bardzo szeroko stosowane. Stosuje się je praktycznie w każdym miejscu, szczególnie gdy wymagania co do ilości światła nie są wygórowane, liczy się natomiast prostota układu elektrycznego.

Historia

Pierwsze próby przetwarzania energii elektrycznej na widzialne promieniowanie świetlne, wykonywane były już blisko 160 lat temu, około 1840 roku.
W 1848 roku rozpoczęto eksperymenty z drutem irydowym, jednakże nie przyniosły one dobrych rezultatów ze względu na brak dostatecznie wydajnych źródeł energii elektrycznej.
Za datę narodzin współczesnej żarówki uważa się rok 1879 kiedy to T.A. Edison zastosował, do przemiany energii elektrycznej na światło, żarnik ze zwęglonego włókna bambusa osłonięty bańką szklaną. Stworzona przez niego pierwsza żarówka miała skuteczność świetlną 2 lm/W, siedmiokrotnie niższą niż współcześnie.
Około 1900 roku zaczęto stosować żarnik z drutu wolframowego, a około 1910 roku powstała żarówka próżniowa z żarnikiem z drutu spiralizowanego (tzw. jednoskrętka) o skuteczności świetlnej 8 lm/W.

Na przełomie lat 1912-13 do napełniania szklanych baniek żarówek zaczęto stosować gazy szlachetne (azot, argon itp.) w celu zmniejszenia parowania wolframu w próżni.
W latach trzydziestych XX wieku pojawiły się żarówki o żarniku w postaci dwuskrętki (podwójnej spirali) z bańkami szklanymi napełnionymi kryptonem. Na przełomie lat 1959-60 wprowadzono żarówki azotynowane i jodowane (jod w bańkach szklanych stosowano w celu "transportu" wolframu odparowanego na szklaną ściankę bańki, z powrotem na żarnik). W tym samym czasie odkryto również halogenki co w konsekwencji doprowadziło do skonstruowania żarówek halogenowych.
Dziś mamy do czynienia z rozwiniętym przemysłem żarówkowym, dysponującym wysoko wydajnymi maszynami, który "zalewa" świat swoimi produktami.

Żarówki konwencjonalne (tradycyjne)

Podstawowym elementem współczesnej żarówki jest tzw. żarnik wykonany z drutu wolframowego, w postaci jednoskrętki lub dwuskrętki. Żarnik ten umieszczany jest w próżniowej lub gazowanej, szklanej bańce zewnętrznej. Do bańki przymocowany jest gwintowany lub bagnetowy trzonek. Od stopki i łuski trzonka do obu końców wolframowego żarnika prowadzą metalowe doprowadniki prądu przechodzące przez szkło bańki w postaci próżnioszczelnych przepustów. Przepływ prądu elektrycznego przez wolframowy żarnik rozgrzewa go do temperatury, przy której następuje emisja promieniowania świetlnego. Im wyższa będzie temperatura skrętki żarnika, tym więcej energii zostanie wyemitowanej w widzialnym zakresie widma promieniowania. Niestety możliwości zwiększania temperatury pracy żarnika ograniczone są zjawiskiem parowania jego materiału. Prowadzi ono do powstania przerwy w skrętce i znanego powszechnie "przepalenia żarówki". Wykorzystywanie wolframu jako materiału, z którego wykonywany jest żarnik wynika z jego wysokiej temperatury topnienia (ok. 3665 K) i stosunkowo małej prędkości parowania. Daje on także korzystny skład widmowy promieniowania. Mimo tych zalet parowanie wolframu z powierzchni spiralnego żarnika wolframowego powoduje, że trwałość tradycyjnych żarówek wynosi około 1000 godzin. Proces ten prowadzi do stopniowego czernienia bańki i ostatecznie do przerwania wolframowej spirali. Dlatego też strumień świetlny w czasie świecenia żarówki maleje. Nawet zastosowanie gazów szlachetnych do wypełnienia bańki jest w stanie tylko częściowo zahamować ubytek wolframu z żarnika. Dzięki temu żarówki gazowane mają strumień świetlny większy niż próżniowe.
Wśród żarówek głównego szeregu produkowany jest znormalizowany szereg mocy 15-25-40-60-75-100-150-200-300-500-1000W.
Żarówki głównego szeregu przeznaczone do powszechnego stosowania wykonuje się z trzonkiem gwintowanym (tzw. gwint Edisona) oznaczanym symbolem E (głównie E14, E27) lub z trzonkiem bagnetowym oznaczanym symbolem B.
Strumień świetlny żarówek zależy od mocy, rodzaju żarnika (jedno - dwuskrętka) i od wykończenia bańki (przezroczysta, matowana, kolorowa). Im większa jest moc żarówki tym większy jej strumień świetlny i skuteczność świetlna. Żarówki z żarnikiem dwuskrętkowym, mają strumień świetlny większy średnio o 8% od żarówek z jednoskrętką.
Bańki żarówek wykonywane są ze szkła sodowego (tzw. szkła miękkiego) jako :
- przezroczyste (wykonanie podstawowe)
- matowane lub mleczne (szkło matowane powierzchniowo lub w całej masie w celu rozpraszania światła)
- opalizowane (pokrywane wewnątrz cienką warstwą rozpraszającą)
- zwierciadlone (pokryte na części powierzchni cienką warstwą metalowego lustra kierunkującego strumień świetlny
- barwione w masie lub powierzchniowo.
Parametry żarówek konwencjonalnych poprawiły się znacznie od czasów Edisona. Skuteczność świetlna współczesnych żarówek wynosi od 8 lm/W w żarówkach małych mocy (15 Watt) do 21 lm/W w żarówkach o mocy 200 i 500 Watt. Mimo poprawy w tym zakresie pozostają jednak najbardziej energochłonnymi wśród powszechnie stosowanych źródeł światła.
Żarówki odznaczają się doskonałym oddawaniem barw charakteryzowanym ogólnym wskaźnikiem oddawania barw na poziomie Ra=100. Ich trwałość jest niestety stosunkowo niska i osiąga średnio 1000 godzin.
Parametry takie osiągnięto już w latach trzydziestych XX wieku, a od tego czasu producenci doskonalili wydajność maszyn i powtarzalność procesów produkcyjnych.

Typy żarówek konwencjonalnych

Żarówki głównego szeregu

np. Philips - Softone, Osram - Bellalux Soft, Bellalux Soft Globe

Podstawową grupę żarówek, znajdującą bardzo szerokie zastosowanie w gospodarstwach domowych, stanowią żarówki głównego szeregu. Produkowane są one w wersji z bańką przezroczystą lub matowaną. Żarówki matowane dzięki większej powierzchni świecącej o mniejszej luminancji (jaskrawości), powodują mniejsze olśnienie i powinny być stosowane szczególnie w gospodarstwach domowych, we wszelkiego typu mieszkaniowych oprawach oświetleniowych, wiszących, ściennych i stojących, w których źródło światła jest widoczne dla oka.
Żarówki głównego szeregu wyposażone są głównie w trzonki typu E27.

 

Żarówki małogabarytowe

np. Philips - mini Softone (kulka, świeczka), Osram - Bellalux Soft

W skład rodziny żarówek głównego szeregu wchodzą również żarówki małogabarytowe - świecowe i kuliste. Są one wyposażone głównie w trzonki E14 ale również E27. Stosuje się je do wszelkiego typu mieszkaniowych opraw dekoracyjnych oraz do małych opraw oświetlenia miejscowego np. przy łóżku. Również i tu w przypadku opraw z odkrytym źródłem światła zaleca się stosowanie matowanej wersji żarówki.







 

Żarówki liniowe

np. Philips - Philinea, Osram - Linestra

Przypominają swoim kształtem świetlówki liniowe. Wewnętrzne matowanie szklanej rury sprawia, że ich światło jest "miękkie". Żarówki te świecą dużą powierzchnią nie powodując olśnienia. Są więc zalecane szczególnie do stosowania jako oświetlenie podszafkowe w kuchniach, przy lustrach w łazienkach oraz w garderobach i szafach ściennych. Żarówki te wyposażone są w trzonki specjalne i wymagają specjalnych opraw.
 

Żarówki kryptonowe

np. Osram - Superlux Krypton

Bańki konwencjonalnych żarówek głównego szeregu wypełnione są argonem. Dzięki zastosowaniu kryptonu zamiast argonu żarówki osiągają skuteczność świetlną większą o 10%. Możliwe jest też zmniejszenie ich wymiarów dzięki czemu mogą być stosowane w szczególnie małych oprawach oświetleniowych.
 

Żarówki kolorowe

np. Osram – Decor Color, Philips – Partytone, Practitone

Wytwarzane dawniej żarówki kolorowe, o zdecydowanych barwach, ustępują dziś miejsca żarówkom, których szklane bańki mają tylko lekkie, pastelowe zabarwienie w tonacji niebieskiej, żółtej, różowej, pomarańczowej, beżowej lub białej. Dzięki pastelowym barwom są to doskonałe źródła światła tworzące dobry nastrój i atrakcyjne akcenty świetlne we wnętrzu. Żarówki tego typu posiadają trzonki E27 i E14.






 

Żarówki z odbłyśnikiem na kopule

np. Osram - Decor Silver/Gold

Żarówki tego typu mają klasyczny kształt banki, natomiast na jej kopule naniesione jest metaliczne, lustrzane pokrycie odbijające promieniowanie w kierunku trzonka. Powierzchnia zwierciadlona na kopule jest tak dobrana, że całkowicie zasłania żarnik dla obserwatora patrzącego z kierunku zbliżonego do osi źródła światła. Żarówki tego typu przeznaczone są głównie do opraw oświetleniowych typu reflektorowego, posiadających odbłyśnik. Promieniowanie odbite od lustra na kopule żarówki kierowane jest do tyłu na odbłyśnik oprawy oświetleniowej aby po odbiciu od niego wyjść na zewnątrz oprawy. Oprawy odbłyśnikowe z żarówkami tego typu ograniczają znacznie efekt olśnienia. Mogą być stosowane do dekoracyjnego oświetlenia mieszkań, a także do oświetlenia towarów i wystaw we wnętrzach sklepowych. Żarówki posiadają trzonki E26 i E14.
 

Żarówki z odbłyśnikiem na szyjce bańki

np. Philips - Reflektor, Spotline, Osram - Concentra Spot

Odbłyśnik na szyjce żarówki odbija światło do przodu wzdłuż osi żarówki. Daje to możliwość precyzyjnego kierowania strumienia światła i jego efektywnego wykorzystania do oświetlenia miejscowego. Żarówki tego typu bywają produkowane z kątami rozsyłu światła 35o, 40o i 80o. Są one przeznaczone do opraw bez odbłyśników. Mogą być stosowane do oświetlenia towarów i wystaw we wnętrzach sklepowych oraz mieszkań. Posiadają trzonki E27 i E14.





 

Żarówki reflektorowe w bańce typu PAR

np. Philips - Reflektor PAR, Osram - Concentra Spot PAR 38

Żarówki tego typu posiadają odbłyśnik paraboliczny światło w wąskim kącie rozsyłu 12o i 30o. Żarówki te mają mocną i zwartą budowę, a czołowa część wykonana jest ze szkła prasowanego dzięki czemu są odporne na wpływy atmosfery. Produkowana jest także wersja z tzw. zimnym lustrem zmniejszającym do minimum ilość promieniowania cieplnego w wiązce światła. Umożliwia to oświetlanie przedmiotów wrażliwych na ciepło. Żarówki w bankach typu PAR mogą być używane w oświetleniu wnętrz i w oświetleniu zewnętrznym.
 

Żarówki halogenowe

Żarówki halogenowe pojawiły się w latach 1959-60. Są one szczególną odmianą żarówek tradycyjnych. Ich odmienność polega na wykorzystaniu regeneracyjnego cyklu halogenowego.
Żarówki są promiennikami temperaturowymi, w których żarnik wykonany jest z drutu wolframowego. Bańki żarówek tradycyjnych, wykonywane ze szkła sodowego o niskiej temperaturze topnienia, wypełnia się powszechnie gazem obojętnym w celu zmniejszenia parowania wolframu z żarnika i osadzaniu się go na powierzchni bańki. Pozwala to zwiększyć skuteczność świetlną lub uzyskać większą trwałość w porównaniu z żarówkami próżniowymi nie przekraczającą jednak 1000 godzin.
Dalsze zmniejszenie parowania wolframu możliwe jest dzięki podwyższeniu ciśnienia gazu w bańce powyżej ciśnienia atmosferycznego. Wymaga to zapewnienia wystarczającej wytrzymałości mechanicznej bańki żarówki. Realizuje się to przez zdecydowane zmniejszenie jej wymiarów i użycie szkła (np. kwarcowego) o wysokiej temperaturze mięknięcia i dużej odporności na szoki termiczne. Mimo obniżenia parowania wolframu w zminiaturyzowanych bańkach żarówek następuje ich szybkie ciemnienie. Zapobiega się temu niekorzystnemu zjawisku przez wprowadzenie, do gazu wypełniającego bańkę żarówki, domieszki halogenu (fluor, a także chlor, brom i jod). Halogen krążąc we wnętrzu bańki łączą się z odparowanym wolframem w okolicach chłodniejszej bańki przenoszą go z powrotem na gorący żarnik. Właśnie ten cykl powrotnego transportu odparowanego wolframu z banki na żarnik nazywany jest regeneracyjnym cyklem halogenowym.
Natura fizyko-chemiczna i warunki występowania cyklu halogenowego są silnie skomplikowane. Jednym z warunków jest tu zapewnienie odpowiednio wysokiej temperatury w każdym miejscu banki żarówki.
Dzięki stosowaniu cyklu halogenowego żarówki halogenowe w porównaniu z tradycyjnymi charakteryzuje :
- znacznie lepsza skuteczność świetlna
- wyższa trwałość
- małe wymiary
- lepsze oddawanie barw
- mały spadek strumienia świetlnego w okresie eksploatacji.
Żarówki halogenowe mogą być stosowane tylko w specjalnych oprawach wytrzymujących ich wysoką temperaturę pracy. Należy również zachować ostrożność przy stosowaniu ich do oświetlania obiektów wrażliwych na wysokie temperatury np. produktów spożywczych. Ze względu na konieczność utrzymania właściwej temperatury pracy, nie powinny też być stosowane w układach pracy ze ściemniaczami, co może powodować skrócenie ich żywotności.

Typy żarówek halogenowych

Żarówki halogenowe produkowane są w dwóch podstawowych wykonaniach różniących się napięciem zasilania :
1) żarówki na napięcie sieciowe 220V
2) żarówki zasilane napięciem obniżonym 12V i 24V
 

Żarówki zasilane napięciem sieciowym

np. Philips - HalogenA, HalogenA świeczka, PAR HalogenA, Osram - Halolux BT, Halolux, Halopar

Żarówki tego typu mogą zastępować konwencjonalne dając :
- zwiększony strumień świetlny,
- dwukrotnie dłuższy czas pracy,
- wyższą temperaturę barwową światła (barwy przedmiotów oświetlanych są bardziej nasycone i intensywniejsze).
Wkręca się je bezpośrednio w miejsce żarówek konwencjonalnych.
Żarówki halogenowe na napięcie sieciowe wykonywane są w bańkach o kształcie zbliżonym do żarówek głównego szeregu, cylindrycznych, świecowych lub kulistych. Wyposażone są na ogół w trzonek E27.

 

Żarówki zasilane napięciem obniżonym (12V lub 24V)

np. Philips - Masterline, Osram - Decostar

Niskonapięciowe żarówki halogenowe wyposażane są często w tzw. zimne lustra, rodzaj reflektorka odbijającego i kierunkującego promieniowanie. Daje to możliwość doskonałego, punktowego oświetlania przedmiotów i fragmentów pomieszczeń. Niestety muszą być stosowane w specjalnie do nich przeznaczonych oprawach i zasilane przez transformatory lub specjalne układy elektroniczne obniżające napięcie.